電信網路的發展趨勢

國立台灣科技大學

電機系

黎碧煌教授主講

大 綱

電信網路數位匯流之發展

• 寬頻網路發展趨勢

國立台灣科技大學電機系黎碧煌教授主講 1

電信與網路演進歷史

電信網路

網際網路

1980 1990 2000 2010

ARPANET

2020

轉盤電話 按鍵電話 類比式手機 數位式手機 智慧手機 平板電腦 網路話機

Cloud/NFV Web 2.0

在「數位匯流趨勢」下，積極進行電信匯流(聚合) 服務是國際電信公司轉型的重點。

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通訊服務技術發展趨勢

․寬頻通信技術成熟

– 發展光纖網路及寬頻行動與無線網路

․ IPTV 與雲端技術成熟

– 發展資通相關服務

․網路電話興起

– Internet 服務多樣化衝擊電信網路

․服務網路IP 化

– Everything on IP: 語音、影像、 數據等服務均轉化為IP封包

– IP on everything: 封包可以在各種有線、無線的媒介傳送

– 固網, 行網採用VoIP 技術汰換傳統交換機

․數位匯流的趨勢 – 語音、影像、數據、多媒體的匯流及多螢之發展

整體而言電信網路正走向IP 化與數位匯流，網路界線已逐漸模糊，朝向可提供各種用途之整合式網路演進

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歐盟綠皮書對「數位匯流」之定義：

─ 平台面: 透過不同的網路平台(如電信、有線電視、電腦網路)，提供屬性相同的服務(如通信、 傳播、資訊、電子商務)

─ 消費者設備面:

電話、電視、個人電腦等功能迅速整合的發展趨勢

• 產業界觀點: 數位匯流代表的是產業變動現象與過程

(傳統上相對獨立的三種業務: 電信、網路 (資訊)和廣播電視的互相融合)

• 數位匯流（Digital Convergence）包括數位與匯流兩概念 •『數位』代表媒體 ( 如語音､影像､資訊) 之數位化

•『匯流』表示兩種以上的媒體合流至同一線路､通道或網路

數位匯流之定義

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推動數位匯流之四大動力

內容數位化 智慧載具

服務網路IP化

內容數位化 智慧載具

服務網路IP化 接取網路寬頻化

應用多元化

Digital convergence

• 匯流發展模糊產業界線，引發跨業競爭 • 網際網路打破國土界線，引發跨國競爭 • 衍生新的商機與挑戰

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接取網路寬頻化: 發展高速寬頻網路

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內容數位化與連網時代

Source: Microsoft

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․各種內容數位化- 方便連網 ․數位生活 – Any device, Any where . ․呈現多種形式之工作, 通訊, 娛樂 等型態t more ․發展多元化的新型態應用服務

網際網路服務走向無國界連結

Internet Map

萬物聯網

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智慧終端載具發展

+

=

Apple

+ Android

Windows +

BlackBerry +

+

Nokia +

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智慧電視發展

Cable TV

Smart TV HDTV

1920*1080

Mobile TV

IPTV Color TV

Holographic

Multi-view TV

Microsoft

3D-TV

B&W TV

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服務網路演進 ․新世代網路(next generation network; NGN): 單一網路提供多樣

化服務、服務匯流

․未來網路: 持續提供多樣化服務，並運用雲端環境/SDN/NFV

進一步提供 Network as a Service

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One network for everything

Today Tomorrow

Telephone

network

Mobile radio

network

IP-Network

Internet

Source: 林建山 博士

電信業者網路IP化:發展NGN匯流網路

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Migration to NGN

Multiple services,

All-IP network

NGN願景:匯流網路

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On the way to All-IP, DT (2010/3)

電信業者朝向 All-IP NGN 網路發展

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IP

IP

Service in future

多媒體視訊服務-IPTV

• 在IP 網路遞送之多媒體服務

例如 television, video, audio, text, graphics and data

• 可管理及支援

QoS/QoE, security, interactivity and reliability

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Information

Security Control

Entertainment Information

Secure Home Communication

智慧家庭(Smart Home)

頻寬需求日增

Entertainment : IPTV (DTV, HDTV)

寬頻網路

Information : e-Learning File Sharing

High Speed Internet

Communication : VoIP

Video Telephony

Secure Home : Security Control

Home Care

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雲端運算(Cloud Computing)

Providing cloud computing and storage

寬頻網路

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• 電信網路數位匯流之發展

寬頻網路發展趨勢

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大 綱

接取網路速率－頻寬更高

有線寬頻網路 無線寬頻網路

9.6 ~ 56 kbps

1.5-2Mbps

128kbps

8Mbps

55Mbps

100Mbps

Analog modem

ISDN

NG-PON

GPON

EPON

FTTH

ADSL2+

ADSL2

ADSL

G.fast

VDSL

2

VDSL ADSL

FTTEx/C/B/dp

> 2Gbps

24Mbps

6Mbps

> 1Gbps

Peak Rate

270 kbps

300bps

384 kbps

14.4 Mbps

84 Mbps

LTE

HSPA+

WiMAX

HSPA

WCDMA

3G/3.5G

EDGE GPRS GSM

2G/2.5G

AMPS Analog

9.6-14.4 kbps

300Mbps

172 kbps

4G

Peak Rate

1 Gbps LTE-Advanced

46 Mbps

5G (unspecified) > 1 Gbps > 10Gbps

500Mbps

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固網寬頻接取網路- 朝向光纖化

客戶端 電信機房

銅纜

ADSL

FTTC (Fiber to the Cabinet)

銅纜

FTTB (Fiber to the Building)

FTTH/FTTdp

光纜

光纜

光纜

光纜

光纜

銅纜

銅纜

G.fast技術

交接箱

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網路交換技術演進&比較

Before 1980 Time 2000 2010 2015 2005 1995 1990

ISDN

Ethernet

Fast Ethernet

Gigabit Ethernet

Circuit

Switching

Packet

Switching

Flow

Switching

10 Gigabit Ethernet

40/100 Gigabit Ethernet

MPLS

IP ; IP Routing

SDN/OpenFlow

L1

L3

L1~L4,

L2

L2/L3

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應用層

服務控制層 Softswitch/IMS IPTV平台

控制伺服器

Application/Content

(傳送層網路)

支援多服務之IP 核心網路

X X X X

X

X

骨幹網

GbE

DSLAM

接取網路

Home

gateway

Wireless

CPE

彙集網

X

X X

X

NGN – 功能層次化網路 (範例)

MSAN

Cloud 平台

(

服務層網路)

• 各層隱含不同Business

• 朝SDN/NFV 方向發展

Web 平台

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現有IP 網路議題

․現今的網路架構主要是建立於分散式協定

– OSPF, RIP

– 路由無法隨服務需求彈性變動

– 網通廠商把持狀態，不同設備商網管軟體不易互通

․雲端應用服務及巨量資料需求日益增加

– 網際網路的路由表越來越複雜，讓目前的網路架構無法快速因應

– 路由器必須不斷的拆分及重組封包，無法有效發揮網路頻寬

– 網路管理人員需要調整各種網路設定時，必須針對每台交換器或路由器，逐一登入命令執行介面設定，不易快速變動網路架構來因應

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新一代網路架構-SDN

軟體定義網路 (Software-defined network; SDN)

一種網路虛擬化（Network virtualization）技術

2008年由美國史丹佛大學之Future network 計畫提出

利用OpenFlow協定，把路由器的控制平面（control plane）功能分離出來，以軟體方式實做

將封包傳送的路徑看成是一條「Flow｣

預先建立邏輯網路，來決定封包傳輸方式

可以讓網路管理員，在不更動硬體裝置的前提下，以中央控制方式，用程式重新規劃網路

為控制網路流量提供了新的方去

提供了核心網路及應用創新的良好平台

支援多個隔離之虛擬網路

單一實體網路可邏輯上切割成數個不同功能之服務網路

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SDN概念

Data Plane(Specialized Hardware)

Control Plane

Data Plane(Forwarding Abstraction)

Control Plane

Network OS

Controller

(NetworkOS)

Separation

a.3 single physical network

b.3 Multiple, isolated, virtual networks

Network OS

Client

Client

Server

Server

Mobiltye.g., Content Routing

Energy efficient forwarding

SDN

Languages

a.1 control and data planes tightly-coupled b.1 control and data planes separated

a.2 distributed control of network equipments

SDN

Apps

b.2 centralized, programmable control of network equipments

a. Current networking technology b. SDN networking technology

現況 SDN

━ 網路架構之控制層與網路裝置分離，藉由集中化與可程式化的控制器，管理者可直接控制與管理網路裝置

網路層的控制平面與轉送平面分離

可程式且集中化的控制平面

網路虛擬化

Source: Network Virtualization and Service Awareness Properties of FNs in ITU-T Q.21/SG13

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Source: Network Virtualization and Service Awareness Properties of FNs in ITU-T Q.21/SG13

Network App

App Store

in SDN

Framework of SDN -【ITU-T Q.21/SG13】

SDN 在產業界之發展

․Google運用SDN 來打造內部資料中 架構 – 新的網路架構讓Google原本只有30～40％的網路頻寬使用率提升了3倍，

高達95%的使用率

․企業或學術機構開始嘗試打造SDN網路 – 如日本NTT、AT&T、eBay、HBO、歐洲核子研究組織（CERN）

․Google、Facebook、微軟、Yahoo、NTT等企業聯合成立了開放網路基金會（Open Networking Foundation，ONF）

– OpenFlow技術的制定

․Cisco、Juniper、IBM、 微軟 等成立OpenDaylight 組織 – Focus 在SDN controller

․ IETF 規範發展中

․潛在之應用多 – 安全管理、頻寬路由管理、流量控制、 虛擬網路 (Data center) …

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Google使用SDN部署資料中心間網路 ․ Google利用SDN優化G-Scale骨幹網路 (2012)

– 負載平衡(Load balancing)

– 資料中心間訊務工程(Inter-DC Traffic Engineering)

– 提升網路可用性&容錯性(Improve availability & fault tolerance)

– 鏈路使用率從30%~40%提升至95%

– 無中斷的軟體升級 (Hitless software upgrade)

Source: ONF WP, IEK

將SDN推廣至用戶網路

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SDN 產業鏈發展現況

晶片供應商 SDN Switch

軟體開發商

營運商/

服務提供商 SDN

Controller 測試與驗證

SDN 設備供應商

Broadcom,

Centec

Ezchip

Intel

Netronome

ARM

Mellanox

盛科…

Hardware:

ADARA

Arista

Big Switch

Brocade

Centec

Cisco

Corsa

Extreme

Huawei

NEC

Pica 8

HP, IBM

NoviFlow

Riava…

WiFi:

MERU

Tallac

Virtual:

Big Switch

Cisco

HP, IBM

Microsoft

VMware…

Big Switch

NEC

Tail-f

OpenSource:

NOX

POX

Floodlight

Ryu

Beacon

Trema

Maestro

Frenetic

Telchemy

Spirent

Ixia

Network

Virtualization:

Juniper

VMware

Microsoft

Vello…

Orchestration:

Cyan

NetYCE

SDNsquare

Boundary

SOLstream…

SDN SDK: Arista

DCI Deployments:

Google

NTT

SDN Trial:

Verizon Wireless

AT&T

DT

Comcast

Amazon

Rackspace

Financial Service

Company…

部分資料引用自資策會

DPI: Qomos

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國內SDN產業現況

晶片 •我國已有晶片商投入OpenFlow晶片開發

設備商 •主要Ethernet Switch設備商投入支援OpenFlow技術開發

軟體應用

•國內有新創廠商定位為SDN解決方案供應商

•法人及學界投入先期技術研究及推動國內產業工作

營運商 •國內電信業者積極投入SDN/OpenFlow研發

Source: IEK, TL彙整 國立台灣科技大學電機系黎碧煌教授主講 30

結 語

․數位匯流為世界重要之發展重點

– 多面向發展: 終端、網路 、平台、 服務與應用

– 數位生活型態影響眾人深遠

․電信服務網路IP化發展重點

– 傳統電信公司正發展NGN匯流網路

– 發展ALL IP 寬頻網路、傳統語音服務網路IP 化、發展多樣化服務、跨網整合

․電信傳送網路發展

– SDN 發展已受產業界重視

– 網路虛擬化為一長程發展目標

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